18.5kaB. P.以来东北四海龙湾玛珥湖全岩有机碳同位素记录及其古气候环境意义

结合含水量、TOC含量和TOC/TN比值变化曲线,18·5kaB·P·以来的四海龙湾玛珥湖沉积物全岩有机碳同位素组成（^δ13C_TOC）记录可划分为3个阶段:1)末次冰期晚期（18·5～14·7kaB·P·）,^δ13C_TOC值偏正,变化范围为-29·50‰～-26·18‰,平均值约为-28·10‰;2)末次冰消期（14·7～11·7kaB·P·）,^δ13C_TOC值显著偏负,变化范围为-33·92‰～-28·40‰,平均值约为-31·75‰,在^δ13C_TOC值变化曲线上表现为一个低谷,但在类似YoungerDryas的冷干事件期间（12·7～11·7kaB·P·）,^δ13C_TOC值再次显著偏正,最高可达-28·4‰;3)全新世以来（11·7kaB·P.至今）,^δ13C_TOC值变化幅度不大（-30·85‰～-27·37‰）,基本上都在平均值-29·1‰左右。研究表明,大气CO₂浓度变化是影响18·5kaB·P·以来四海龙湾玛珥湖^δ13C_TOC值变化的主导因素。     

新疆罗北洼地湖相沉积物有机碳同位素的变化序列及其古环境意义

测定了新疆罗布泊地区湖相沉积物CK-2钻孔样品的总有机碳含量（TOC）及其同位素组成、碳酸盐含量和C/N比值等环境代用指标,以及石膏矿物的质谱-铀系年龄。测试结果表明,20～9kaB.P.期间沉积物δ¹³C_org.在-23.4‰～-16.1‰之间波动且阶段性明显,与TOC呈现良好的相关关系,整体变化趋势同南极Dome C冰芯中记录的全球大气CO₂浓度一致;C/N比值表明有机碳来源主要是陆生高等植物。因此大气CO₂浓度变化是影响20～9kaB.P.期间罗布泊湖相沉积物δ¹³C_org.值变化的主导因素,周围山体上C₃/C₄植物相对生物量的变化则是另一重要因素。依据δ¹³C_org.的变化序列将此时间段湖区古环境的演化分成6个阶段:20.0～14.1kaB.P.期间受到末次盛冰期的影响,气温偏低,湖水丰沛;14.1～13.3kaB.P.是一个气候不稳定期,冷暖波动较频繁,但以暖为趋势;13.3～12.8kaB.P.期间经历了一段冷期,于12.8kaB.P.结束了末次冰期,随后气候开始转暖至11.8kaB.P.;其后气温再次变冷并维持到10kaB.P.;最后从10kaB.P.进入全新世暖期。δ¹³C_org.序列明显向偏负方向变化,表明该地区变暖的趋势相当明显。罗布泊地区日益干旱化是全球气候变化的结果,尤其是受到全球CO₂浓度的不断升高所制约。     

中东亚干旱半干旱区C3植物δ13 C值的分布 及其对气候的响应*

植物化石和土壤中的有机质碳同位素指标常用来反映古气候的变化,然而碳同位素这个指标在特定地区反映气候的定量关系缺乏检验。研究剖面选择自中国的秦岭(34°14'24″N,106°55'30″E)到蒙古人民共和国北部,接近贝加尔湖地区(51°35'08″N, 100°45'49″E)的研究剖面线,选择了3种C₃植物(Artemisia scoparia, Ajania achilleides 和 Artemisia frigida),在剖面线上沿南北方向上每隔4'到5'采取一个样点,共选取161个C₃植物茎叶样品进行了δ¹³ C值测定。同时收集了剖面线附近气象站的降水、气温等资料,用插值方法得到每个采样点的气温、降水数据。分析表明:C₃植物的δ¹³ C值分布范围为-30 ‰ ~-22 ‰ ,其平均值为-26.81 ‰ ,该平均值较全球C₃植物δ¹³ C平均值偏正。通过对比C₃植物δ¹³ C与年均温、年均降水量、生长季节的干燥度等随纬度的变化规律,发现C₃植物δ¹³ C、年均降水量、生长季节的干燥度有非常一致的变化趋势,而C₃植物δ¹³ C和年均温不具有一致性。通过一元回归分析也同样发现C₃植物δ¹³ C与年均降水量呈线性负相关关系(y=-0.0077x-24.838,n=161,R²=0.4418,p=0.01),与生长季节的干燥度呈线性正相关关系(y=0.7328x-28.806,n=161,R²=0.3685,p=0.01),而与年均温度没有明显的相关关系(y=-0.0461x-26.756,n=161,R²=0.0232,p=0.01)。在本研究区C₃植物δ¹³ C对年均降水量和生长季节的干燥度响应十分显著,而对温度的响应不明显。研究区具有明显的降水和温度的梯度分布特征,是验证植物碳同位素与气候关系的理想场所,而土壤中的有机质碳同位素与其地面上的植物碳同位素息息相关。研究也说明,在本研究区或其他气候植物组合相似的地区可以利用古土壤中的有机质碳同位素来定量或半定量地反映古气候的变化。     

黄土高原西部地区末次冰期和全新世有机碳同位素变化与C3/C4植被类型转换研究

文章利用黄土高原西缘代表性的塬堡剖面有机碳同位素数据,估算了末次冰期以来地表植被中C₃/C₄植 物的相对丰度,指示出研究区域末次冰期几乎为纯粹的C₃植物,而全新世为C₃植物占优势的C₃和C₄混合植被类 型。温度是控制中国黄土高原C₄植物是否发生的关键性气候因素,末次冰期向全新世转化过程中存在的某“阈值 温度”控制了两种植被类型的存在。全新世土壤有机碳同位素偏正于末次冰期,符合前人研究得到的认识。末次 冰期间冰段(MIS3)至盛冰期,土壤有机碳同位素为偏正变化趋势,符合现代C₃植物本身随气候条件改变的碳同位 素组成变化。研究表明,利用黄土-古土壤有机碳同位素进行古气候变化研究,不能只将有机碳同位素简单的解 释为C₃/C₄植物相对丰度的变化,在单一植被类型下,还需要考虑植物本身碳同位素组成随气候条件的变化;另外, 研究还说明,我国黄土高原不同地区同时段土壤有机碳同位素值可以不同,其变化可以不具有相同的趋势,因此, 简单将有机碳同位素偏正归因于夏季风增强是值得商榷的。     

洛南黄土有机碳同位素组成及其与洛川、西峰黄土对比

以往黄土-古土壤碳同位素的研究主要集中在东亚季风控制的干旱-半干旱黄土高原中北部地区,而对于秦岭南部暖温带季风性半湿润气候区黄土-古土壤序列有机碳同位素的研究鲜有报道。对比两种气候条件下的黄土有机质碳同位素组成可更广泛和深入地认识黄土碳同位素所指示的生态环境变化。为此,本研究选取了位于秦岭南麓的洛南上白川、刘湾两剖面,剖面厚度分别为74m和10m,以20cm间距采集上白川剖面38个样品,刘湾剖面51个样品。采用高温灼烧氧化法对全部样品有机质碳同位素组成进行测定,并将结果与黄土高原中部洛川和西峰剖面有机质碳同位素进行了对比。结果表明：  上白川剖面有机碳同位素( δ¹³C_org.)的变化范围为-24.43‰～-21.30‰,刘湾剖面的变化范围为-24.70‰～-20.52‰,洛川剖面的变化范围为-23.37‰～-18.72‰, 西峰剖面的变化范围为-23.68‰～-19.47‰。末次间冰期位于半湿润地区的上白川和刘湾剖面有机碳同位素峰值较半干旱地区洛川、西峰剖面偏负1‰～2‰,即上白川和刘湾剖面有机碳同位素峰值分别较洛川剖面的峰值偏负1.8‰和1.9‰,较西峰剖面的峰值偏负1.3‰和1.4‰。因此,该区的植被覆盖应是以C₃植物为主的C₃和C₄混合草原植被类型;   从整体上来看,洛南剖面古土壤层碳同位素较相邻黄土层的碳同位素偏正,因此,古土壤形成时期C₄植被相对比例增加。末次间冰期洛南上白川和刘湾剖面有机碳同位素峰值较洛川、西峰剖面的峰值偏负1‰多,表明受东亚季风控制的半干旱-半湿润的黄土区,暖季节降水对C₄/C₃植被相对比例增加的趋势和幅度均具有明显的影响,主要表现在暖季节降水的增加有利于C₄植被相对比例的增高,同时降水的季节性分布和/或降水量的增多影响土壤有机碳同位素所记录的C₄植被相对比例及其增加幅度。     

中国西部、东北地区湖泊沉积物中碳酸盐碳、氧和有机碳同位素组成及与环境的响应

湖泊沉积物中碳酸盐碳、氧和有机质碳同位素组成受湖泊环境介质的控制,可以有效地指示环境演化过程。通过对中国东北和西部青藏高原、新疆现代湖泊表层沉积物的碳酸盐的碳、氧同位素组成(δ13C、δ18O)、有机碳同位素组成(δ13Corg),以及有机质含量(TOC)、C/N分析研究,发现当湖泊中以浮游植物来源有机母质为主时,其δ13Corg为-30‰~-23‰;以硅藻为主的藻类来源时,δ13Corg为-30‰~-16‰;以挺水植物来源,δ13Corg为-30‰~-24‰;沉水植物来源,δ13Corg为-24‰~-16‰;以水生植物和陆生植物来源为主时,δ13Corg为-30‰~-20‰;当以陆生植物来源为主时,其δ13Corg为-26‰~-24‰。当西北地区半封闭湖泊表层沉积物中碳酸盐含量大于30%时,湖泊表现出δ13C、δ18O之间较好的正相关性,TOC主要以内源有机质来源为主。     

末次冰期黄土中蜗牛壳体碳酸盐同位素组成与其环境指示意义

为了揭示蜗牛化石壳体碳酸盐（文石）稳定同位素组成的古气候和古生态环境指示意义,对采集于河南荥阳邙山末次冰期黄土剖面上部中的粉华蜗牛（Cathaica pulveratrix）化石壳体碳酸盐进行了碳、氧稳定同位素分析,同时还对全岩有机物质（SOM）碳同位素组成以及全岩磁化率和粒度等气候替代指标进行分析,结果显示：剖面中反映蜗牛食物碳同位素组成的壳体δ¹³C_SSA的变化,与反映古植被碳同位素组成的全岩有机物质碳同位素组成（δ¹³C_SOM）无显著的相关关系,但是壳体¹³C相对于SOM的富集程度（Δδ¹³C_SSA-SOM）的变化与石笋氧同位素记录的末次冰期东亚夏季风强度演化同步一致;   壳体δ¹⁸O_SSA的变化不但与黄土磁化率、粒度等气候替代指标变化具有显著相关性,同样也与末次冰期东亚夏季风强度演化同步一致。这些特征,一方面说明受季风环流控制的气候温湿程度变化左右蜗牛夏季活动的几率和食物的类型,干冷气候条件下,相对温湿夏季成为蜗牛活动主要时期,相对富集¹³C苔藓、菌类和植物可能是蜗牛的主要食物;   另一方面暗示蜗牛化石壳体碳酸盐稳定同位素组成能够指示气候温湿程度和生态环境的变化。     

东海泥质区单体正构烷烃的碳同位素组成及物源分析 *

利用气相色谱(GC)和气相色谱/同位素比值质谱(GC/IRMS)对东海近岸泥质区、济州岛西南泥质区和冲绳海槽北部表层沉积物中正构烷烃的单体碳同位素组成及分布进行了分析。结果显示东海不同泥质区典型海洋藻类源正构烷烃C₁₉同位素组成基本相似,在-27.4 ‰ ~-28.0 ‰ 之间,平均为-27.7 ‰ 。典型海洋水生植物源C₂₃同位素组成在-28.5 ‰ ~-31.6 ‰ 之间,平均为-30.5 ‰ ,碳同位素组成从近岸泥质区到冲绳海槽北部逐渐变重,表明海槽区与陆架区海洋水生植物种类有所不同。陆架区长链正构烷烃(C₂₅~C₃₁)部分随着碳数的增加,其同位素组成逐渐变轻,但海槽区这一变化不大,显示陆架区的陆源高等植物蜡具有相似的物源,而冲绳海槽北部由于黑潮主干区和黑潮分支(对马暖流)对陆架沉积物进入深海的控制性阻隔作用,其物源与陆架区区别较大。现代输入东海的陆源植物以C₃植物为显著优势,C₃植物对近岸泥质区北部、近岸泥质区南部、远端济州岛西南泥质区和冲绳海槽北部陆源植物的贡献分别为83 % ,95 ％,75 % 和70 % 。     

湖泊沉积物C4植物含量重建方法的讨论——以新生代柴达木盆地大红沟剖面为例

当前气候变暖是一个全球面临的重大问题,它对人类赖以生存的植被生态系统造成的影响已经在全球各地逐步显现出来。为了深入了解植物生态系统对环境和气候变化的响应机制,我们需要更好地借鉴地质历史时期气候环境和植物协同演化的重要事件。C₄植物作为陆地生产力较强的植物,在植物生态演化中占举足轻重的地位。目前研究表明C₄植物可能最晚起源于始新世-渐新世之交,但从它早期起源到随后在生态系统中的大规模扩张时间间隔长达20多个百万年。是什么因素导致了C₄植物的起源和扩张是一个悬而未决的重要问题,需要开展大量的调查研究来评估和重建C₄植物在过去生态系统中的相对生物量变化。重建C₄植物的含量目前主要的方法是建立在C₃/C₄植物碳同位素和植物内部结构形态差异基础之上。最常运用的研究材料包括(古)土壤有机质、成壤碳酸盐、陆地食草动物体组织、沉积物生物标志物、孢粉、植硅体等。这些方法在重建现代以及地质历史时期C₄植物相对生物量变化的研究中发挥了重要作用,但同时也存在很多无法避免的问题。本文介绍了C₄植物起源和扩张机制的主流观点以及不同研究材料的碳同位素所推算C₄植物生物量的基本原理,并以柴达木盆地大红沟剖面为例,针对新生代湖泊沉积物中陆生高等植物的长链正构烷烃特征和单体烃碳同位素的研究结果,详细讨论C₄植物含量重建的方法与缺点,为探讨C₄植物起源、演化及控制因素提供参考。我们通过分析前人研究的大红沟剖面长链正构烷烃及单体烃 δ¹³C_alk 值特征,推测在30~24 Ma、20~17 Ma和13~7 Ma期间δ¹³C_alk值显示相对正偏的原因,可能是干旱和C₄植物在当地生态系统中出现的双重因素叠加造成的。但这一推断还需要借助于新的研究方法,即单颗粒孢粉碳同位素的方法来提供C₄植物的确凿证据。     

青藏高原现代湖泊沉积物碳酸盐矿物氧同位素组成特征及影响因素

选择青藏高原14个代表性现代湖泊的表层沉积物为研究对象,它们是冷湖、大苏干湖、小苏干湖、大柴旦湖、小柴旦湖、托素湖、尕海、茶卡湖、唐古拉-1、错鄂、乃日平错、纳木错、空姆错和普莫雍错,探讨这些湖泊碳酸盐矿物组成及相应氧稳定同位素组成的影响因素。XRD结果显示这些湖泊的碳酸盐矿物多以方解石为主,并含白云石。其中冷湖以白云石为主,尕海还含有一定量的文石。碳酸盐氧同位素分析结果显示总碳酸盐δ¹⁸O在-15.9‰到2.6‰范围变化,方解石δ¹⁸O变化范围为-16.2‰～3.9‰,白云石δ¹⁸O变化在-15.3‰～-5.4‰范围内。通过氧同位素与湖区环境因素的相关性分析,认为总碳酸盐δ¹⁸O受湖水δ¹⁸O组成、温度、降水量/蒸发量、盐度、海拔和纬度多种因素影响;方解石δ¹⁸O主要受湖水δ¹⁸O、温度、盐度、海拔和纬度的影响;白云石δ¹⁸O受降水量/蒸发量和盐度的影响。总碳酸盐δ¹⁸O对湖水δ¹⁸O、温度、海拔和纬度的响应是以方解石为载体而体现的;总碳酸盐δ¹⁸O对降水量/蒸发量的响应则归因于白云石δ¹⁸O对其的响应结果;另外总碳酸盐δ¹⁸O通过方解石和白云石δ¹⁸O的叠加作用响应于盐度。该研究初步建立了总碳酸盐、方解石和白云石氧同位素与环境各个指标之间的响应关系,对于揭示过去青藏高原地区环境变化有重要意义。     

海南岛万泉河口沉积物有机碳、 氮同位素的特征及其环境意义*

对海南岛万泉河口沙美内海柱样K3和K4沉积物进行生物地球化学指标总有机碳(TOC)、总氮(TN)、有机碳同位素(δ¹³ C)、氮同位素(δ¹⁵ N)的分析,以及²¹⁰ Pb定年了解其近代变化特征,追踪沉积物有机质来源的变化,提取沉积环境演变及人类活动的信息。K3中TOC的变化介于0.51 ％ ~1.12 ％ ,K4变化介于0.43 ％ ~1.49 ％ ,而其随时间的变化反映了流域内人类活动的历史。17世纪TOC含量明显增加记录了明末清初开始流域内广泛种植农作物的活动,19世纪以来TOC含量逐渐增加,至现代达最高值,对应了工业革命以来人类活动的增强。K3和K4的δ¹³ C值变化分别在-24.38 ‰ ~-21.02 ‰ 之间和-24.74 ‰ ~-20.17 ‰ 之间,δ¹⁵ N值变化分别在2.20 ‰ ~4.62 ‰ 之间和2.39 ‰ ~5.02 ‰ 之间,映证了本区沉积物有机质是陆源物质和海洋物质混合的特点。明末清初开始流域内广泛种植玉米等农作物造成δ¹³ C值增加和δ¹⁵ N值减少; 自19世纪以来至现在,该区的经济活动增加,人口的持续增长,尤其是近50年来化肥农药的大量使用,造成陆源输入的有机碳含量大幅增加,使δ¹³ C值减少和δ¹⁵ N比值增加。 δ¹³ C值自19世纪以来就逐渐变轻,说明陆源和海洋有机碳的比例发生了变化,较轻的陆源有机碳比例相对增加,较重的海洋有机碳比例相对减少,反映了玉带滩沙坝的增长、沙美内海封闭、海水交换作用减少的状况。C/N比值分别从底部的16.19和17.36到顶部减小为11左右,自19世纪以来呈明显减小的趋势也反映了沙美内海泻湖自生的藻类有机质供应越来越多,也说明了其逐渐封闭、水动力条件越来越弱,与外海的交换作用逐渐减少的状况。     

表层岩溶系统中土-气-水界面碳流通的短尺度效应——以贵州茂兰国家喀斯特森林公园的秋季日动态监测为例

在2001年秋季对贵州省荔波县茂兰国家喀斯特森林公园林地、草地植被下土壤CO₂呼吸释放及岩溶表层泉水HCO₃及其^δ13C值的变化进行了日动态的野外监测,表明岩溶系统中土-气-水界面间存在着碳交换的日动态变化以及所伴随的同位素交换的变化,这种变化与土温的日动态有密切的关系。林地植被显示了平抑这种日动态幅度的效应,而草地植被则显示响应于温度变化的较灵敏的动态变化。这种短尺度的变化构成了表层岩溶系统对外界条件的灵敏响应,进一步揭示了在生物作用下岩溶地质作用在碳循环过程及其同位素交换上的灵敏性和动态性。其不同植被系统下的日动态差异在解释岩溶沉积记录和讨论岩溶作用与碳循环时值得充分注意     

青海湖冰后期水体环境的演化

本文根据对青海湖区各类天然水及湖底近代沉积物QH-16A岩心中介形虫壳体的稳定同位素等分析资料,讨论了青海湖现代水体稳定同位素核素的分布,导出了其初始水同位素组成;根据其介形虫壳体的δ18O、δ13C和Mg/Ca、Sr/Ca比值的研究,建立了青海湖区冰后期以来的气候波动模式;并据此阐述了青海湖自冰后期以来水体环境的演化。     

淡水软体动物壳化石碳氧同位素组成及其在恢复古气候环境中的应用

本文研究了昆明滇池和太湖无锡湾软体动物壳化石的碳氧同位素组成,利用化石同位素组成,恢复了昆明盆地百万年以来和太湖无锡湾近四万年以来的古气候环境。研究表明:淡水软体动物壳化石氧同位素组成,在不同的环境条件下,最大差值可达7‰;钻孔中的不同层位的贝壳化石碳氧同位素组成与现代贝壳同位素相比,既有富集重碳氧同位素的层段,也有富集轻碳氧同位素组成的层段,氧同位素变化周期为十万年;富集轻碳氧同位素组成层段与湿润期对应,而富集重碳氧同位素组成层段与干燥期对应。化石氧同位素记录了昆明盆地古气候干湿变化有十万年的周期,随时代变新,气候逐渐干燥;以化石碳氧同位素为主,综合沉积物特征,推断太湖无锡湾近20m地层形成于近四万分年至今,气候温和潮湿,环境可能为河口相。     

江汉平原沔城M1孔的沉积特征与古环境重建

通过对江汉平原沔城M₁孔湖泊沉积物进行沉积特征、粒度、14C年代、孢粉分析,重建了晚冰期以来该地区古环境、古气候演化的过程和序列:晚冰期后期有一扩张期,气候温湿并出现湖泊相沉积;晚冰期末期气候温凉偏干、河流环境;全新世初期(10-8.9kaBP),气候转向温湿;全新世大暖期(8.9-3.5kaBP),总体上气候温暖湿润,其中6.8-4.9kaBP是最宜期,4.9-4.8kaBP和4.4-4.2kaBP为两次降温事件,4.8kaBP积水湖盆开始形成,3.9-3.5kaBP为云梦泽鼎盛期;全新世晚期(3.5-1.7kaBP),气温较大暖期有所下降,其中3.5-2.5kaBP温凉偏湿,2.5-1.7kaBP较为温湿,湖泊较为稳定,1.7kaBP开始,云梦泽萎缩,钻孔所在位置出露水面。      

巴丹吉林沙漠及其东南边缘地区水化学和环境同位素特征及其水文学意义

通过对巴丹吉林沙漠东南部湖水和南缘地区地下水离子化学成分及其环境同位素分析,初步探讨了沙漠地区湖水和地下水之间补给的关系。沙漠湖水的离子化学特征显示沙漠东南部湖泊的演化趋势:微咸湖-咸水湖-盐水湖。显著不同的盐度、CO₃^2-和HCO₃^-含量以及地质资料都表明,沙漠北部较大的湖泊和东南部的湖泊被一地形上的褶皱隆起阻隔而形成了不同的地下水补给体系。环境同位素的分析结果表明,巴丹吉林沙漠东南部的湖泊和地下水与沙漠东南边缘地区的地下水有着相似的蒸发趋势,暗示南缘地区的地下水和沙漠东南部地区湖泊之间存在一定的联系。同其他干旱地区地下水的同位素结果进行对比显示,雅布赖地区和沙漠地区的地下水应该是埋深较浅的地下潜水。因本次研究结果不支持单一远源或者深层地下水补给的观点,故推断沙漠东南部地区以及南缘地区的地下水主要是当地雨量丰沛时期的降水及南缘低山降水下渗补给的。     

云南程海富营养化过程的碳氧稳定同位素示踪

近500年来程海生物成因碳酸盐δ¹⁸O和δ¹³C及其有机质δ¹³C同位素记录了程海湖泊环境由贫营养到中富营养的演化过程.碳酸盐δ¹⁸O记录显示,大约1690年程海成为封闭湖泊后,当时湖泊贫营养环境并没有发生变化,但造成了湖泊水体交换周期加长,碳酸盐δ¹³C、有机质δ¹³C及其色素含量、碳酸盐含量变化指示湖泊生产力开始增高.1911～1942年碳酸盐δ¹⁸O和δ¹³C及有机质δ¹³C突然显著偏负,表明湖泊生物种群结构发生转变,湖泊初级生产力迅速增加,湖泊由贫营养向中营养转化.湖泊沉积物色素含量及碳酸盐含量变化也记录了这一湖泊环境的转换过程.约1986年以来,随着藻类养殖业及其农业耕作方式的转变,程海水环境渐渐转变成目前的中富营养化状态.